专利名称：曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法
技术领域：
本发明是涉及一种曲轴非圆跟踪磨削加工磨削力变形计算方法，特别是一种曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法。
背景技术：
曲轴由于结构形状的原因，不同方向上的刚度各不相同，如不做补偿进行磨削控制将导致工件圆度误差。由于曲轴磨削过程中，磨削力的方向随着切点的变化而变化，因此，磨削过程中，不同位置不仅刚度不同，所受的磨削力也不同，变形误差也不相同，为了准确计算曲轴不同磨削点上的补偿量，必须建立曲轴较准确的刚度模型，以便计算出曲轴磨削过程中不同点的变形误差，进行补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法，可计算出曲轴磨削过程中不同点的变形误差，以便于进行补偿。
为达到上述目的，本发明的构思是采用曲轴连杆颈表面上相互垂直的四个点受指向连杆中心的力作用时的刚度，按照力的分解与合成原理计算曲轴连杆颈任意角度受任意大小力时的磨削点半径方向的受力变形。
为便于理解本发明的技术方案，先作如下的原理推导曲轴磨削过程中的变形情况如图1，建立以O为原点OOW为X轴的直角坐标系统，对曲轴进行受力分析。则对曲轴连杆颈任意的磨削力，通过平移、分解可转换成作用于OW点X，Y两个方向的作用力FX、FY及力矩M1为FX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRwφ=ωwt=α+arcsin(RsinαRs+Rw)]]>式中φ为曲轴连杆颈中心转角。Fn为法向磨削力，Ft为切向磨削力，Rw中连杆颈半径。
α为曲轴回转中心O与连杆颈中心Ow的连线OOw和曲轴回转中心与砂轮中心Os连线OOs的夹角，β为OsOw和OOs的夹角，X为OOs的距离，R为OOw的距离，Rs为砂轮半径，ωw磨削切点沿连杆颈表面运动的角速度(线速度为ωwRw)，ωα为α变化的角速度，ΔR为曲轴连杆颈半径的偏差补偿量。
因此，只要测出受X、Y方向力及力矩M1作用时，曲轴的刚度系数即可通过力的分解与合成求出连杆颈中心Ow的X、Y两个方向的受力变形。由于曲轴刚度不同，曲轴不仅受X方向力作用时，连杆颈半径方向的变形量并不相同，而且曲轴受X正方向力作用连杆颈半径方向产生的变形，与受X负方向力作用产生的变形并不相同，同样，曲轴受Y正方向力作用连杆颈半径方向产生的变形，与受Y负方向力作用产生的变形并不相同。
分别测量曲轴连杆颈Ow点受X正、X负、Y正、Y负力及Ow受力偶矩作用时的刚度系数，即图1中，Q1、Q2、Q3、Q4受指向Ow点力作用时的刚度系数与力偶矩作用时的X、Y方向的刚度系数。则任意角度的变形量为ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中KXX、KXY为Ow点受X方向力作用时X方向和Y方向的刚度系数，KYX、KYY为Ow点受Y方向力作用时X方向和Y方向的刚度系数，KMX、KMY为Ow点受力偶矩作用时X方向和Y方向的刚度系数。当X方向的力为正X方向时，KXX、KXY对应Q3点的刚度系数，当X方向的力为负X方向时，KXX、KXY对应Q1点的刚度系数。
当Y方向的力为正Y方向时，KYX、KYY对应Q4点的刚度系数，当Y方向的力为负Y方向时，KYX、KYY对应Q2点的刚度系数。
KMX、KMY一般加工过程切向力主方向不变，只要根据方向测一个方向即可。
则连杆颈半径方向的变形量计算公式为ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
根据上述的发明构思及原理推导，本发明采用下述技术方案一种曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法，其特征在于以曲轴连杆颈表面相互垂直的四个点的刚度，计算曲轴加工或应用中受任意力作用时的变形量，具体计算步骤如下a.将法向磨削力及切向磨削力作为输入量；b.通过平移、分解，将磨削力按照以下公式转换为作用于连杆颈中心OW点X，Y两个方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲轴连杆颈中心转角，α-曲轴回转中心O与连杆颈中心Ow和曲轴回转中心与砂轮中心Os连线OOs的夹角，R-所述的OOs的距离，Rs-砂轮半径，Rw-连杆颈半径，Fn-法向磨削力，Ft-切向磨削力；c.根据FX、FY的正负方向选择四点中相应两点的刚度进行计算当X方向受力的X正方向时，即FX＞0时，选择Q3点的刚度系数(K＝3XX，KXY＝K3XY)；当X方向受力为X反方向时，即FX＜0时，选择Q1点的刚度系数(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。当Y方向受力为Y正方向时，即FY＞0时，选择Q4点的刚度系数(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；当Y方向受力为Y反方向时，即FY＜0时，选择Q1点的刚度系数(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。
d.根据以下公式分别求得X、Y方向上的变形量ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow点变x方向力作用时x方向的刚度系数，Kyx-所述的Ow点受x方向力作用时y方向的刚度系数，KMx-所述的Ow点受偶矩作用时x方向的刚度系数，KMy-所述的Ow点受偶矩作用时y方向的刚度系数。
e.最后按下列公式计算，即可求得连杆颈半径方向的变形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明采用曲轴连杆颈表面相互垂直的四个点受指向连杆中心的力作用时的刚度，按照力的分解与合成原理计算曲轴连杆颈任意角度受任意大小力时的磨削点半径方向的受力变形，也就准确给出曲轴不同磨削点所需的磨削补偿量，以便于加工过程中进行补偿。
图1是本发明的曲轴连杆颈受力原理图。
图2是本发明曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算程序框图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下参见图1，本曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法是以曲轴连杆颈表面相互垂直的四个点的刚度，计算曲轴加工或应用中受任意力作用时的变形量，具体计算步骤如下(1)将法向磨削力及切向磨削力作为输入量；(2)通过平移、分解，将磨削力按照以下公式转换为作用于连杆颈中心OW点X，Y两个方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲轴连杆颈中心转角，α-曲轴回转中心O与连杆颈中心Ow和曲轴回转中心与砂轮中心Os连线OOs的夹角，R-所述的OOs的距离，Rs-砂轮半径，Rw-连杆颈半径，Fn-法向磨削力，Ft-切向磨削力；(3)根据FX、FY的正负方向选择四点中相应两点的刚度进行计算当X方向受力的X正方向时，即FX＞0时，选择Q3点的刚度系数(K＝3XX，KXY＝K3XY)；当X方向受力为X反方向时，即FX＜0时，选择Q1点的刚度系数(KXX＝K1xx，KXY＝K1XY)。当Y方向受力为Y正方向时，即FY＞0时，选择Q4点的刚度系数(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；当Y方向受力为Y反方向时，即FY＜0时，选择Q1点的刚度系数(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。
(4)根据以下公式分别求得X、Y方向上的变形量
ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow点变x方向力作用时x方向的刚度系数，Kyx-所述的Ow点受x方向力作用时y方向的刚度系数，KMx-所述的Ow点受偶矩作用时x方向的刚度系数，KMy-所述的Ow点受偶矩作用时y方向的刚度系数。
(5)最后按下列公式计算，即可求得连杆颈半径方向的变形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>实际具体计算时，采用计算机进行运算，其运算程序如图2所示。
权利要求
1.一种曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法，其特征在于以曲轴连杆颈表面相互垂直的四个点的刚度，计算曲轴加工或应用中受任意力作用时的变形量，具体计算步骤如下a.将法向磨削力及切向磨削力作为输入量；b.通过平移、分解，将磨削力按照以下公式转换为作用于连杆颈中心Ow点X，Y两个方向的作用力FX、FY及力矩M1φ＝ωwtFX＝Fncosφ-FtsinφFY＝Fnsinφ-FtcosφM1＝FtRw式中φ-曲轴连杆颈中心转角，α-曲轴回转中心O与连杆颈中心Ow和曲轴回转中心与砂轮中心Os连线OOs的夹角，R-所述的OOs的距离，Rs-砂轮半径，Rw-连杆颈半径，Fn-法向磨削力，Ft-切向磨削力；c.根据FX、FY的正负方向选择四点中相应两点的刚度进行计算当X方向受力的X正方向时，即FX＞0时，选择Q3点的刚度系数(K＝3XX，KXY＝K3XY)；当X方向受力为X反方向时，即FX＜0时，选择Q1点的刚度系数(KXX＝K1XX，KXY＝K1XY)。当Y方向受力为Y正方向时，即FY＞0时，选择Q4点的刚度系数(KYY＝K4YY，KYX＝K4YX)；当Y方向受力为Y反方向时，即FY＜0时，选择Q1点的刚度系数(KYY＝K2YY，Kyx＝K2YX)。d.根据以下公式分别求得X、Y方向上的变形量ΔX=FXKXX+FYKYX+M1KMX]]>ΔY=FXKXY+FYKYY+M1KMY]]>式中Kxx-所述的Ow点变x方向力作用时x方向的刚度系数，Kyx-所述的Ow点受x方向力作用时y方向的刚度系数，KMx-所述的Ow点受偶矩作用时x方向的刚度系数，KMy-所述的Ow点受偶矩作用时y方向的刚度系数。e.最后按下列公式计算，即可求得连杆颈半径方向的变形量ΔRw=(X-Rcosα+ΔXsinα-ΔYcosα)2+(Rsinα+ΔXcosα+ΔYsinα)2-(Rs+Rw)]]>
全文摘要
本发明涉及一种曲轴非圆磨削四点刚度受力变形计算方法。它是采用曲轴连杆颈表面上相互垂直的四个点受指向连杆中心的力作用时的刚度，按照力的分解和合成原理，计算曲轴连杆颈任意角度受任意大小力时的磨削点半径方向的受力变形。这就准确给出曲轴不同磨削点所需的磨削补偿量，以便于加工过程中进行补偿。
文档编号G06F17/00GK1851688SQ200610026948
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者吴钢华, 何永义, 姚俊, 沈南燕 申请人:上海大学